Содержание
Основы гидрометаллургического производства
Контрольная работа № 2
1.3. Что лежит в основе экстракции? Почему ионы металлов из водной фазы переходят в органическую?
Экстракция – один из эффективных методов разделения веществ в неорганической технологии. Этот метод позволяет извлекать рассеянные, редкие элементы, цветные и другие металлы из растворов, полученных в результате кислотного разложения природных руд, получать концентрированные кислоты из разбавленных растворов без выпаривания, смещать реакции обменного разложения в сторону образования требуемых кислот и солей, осуществлять реакции, не идущие в водных системах, производить кристаллизацию солей из водных растворов, экстрагируя из них воду, осуществлять глубокую очистку веществ, разделять близкие по свойствам элементы.
В органическую фазу переходит катион, на границе раздела фаз появляется заряд (в органическом растворителе положительный, в воде отрицательный). Для компенсации заряда органической фазы в нее переходит анион, и в целом система оказывается электронейтральной. Соединения КА в водной фазе может и не быть вовсе, если же оно имеется, то просто является поставщиком ионов.
2.3. Зачем при экстракции используют разбавители?
Разбавитель – органическое жидкое вещество, не смешивающееся с водой, служащее растворителем экстрагента. Распространенные разбавители – керосин, ксилол, уайт-спирит и др. Благодаря применению разбавителей можно использовать твердые экстрагенты или улучшить физические характеристики жидких экстрагентов (вязкость, плотность). Разбавитель большей частью не взаимодействует с извлекаемым веществом, но он существенно влияет на показатели экстракции.
Зкстракцию применяют для выделения вещества из твердой смеси или растворов подходящим растворителем. Чаще всего вещество извлекают из водного раствора органическим растворителем ( бензол, толуол, диэтиловый эфир, хлороторм, дихлорэтан, четыреххлористый углерод, этилацетат и др.).При подборе растворителя для экстракции пользуются следующими правилами I) растворитель не долнен смешиваться с водой 2) растворимость извлекаемого вещества в экстрагенте доляна быть значительно выше, чем в исходном растворе.
Добавки дипропиленгликоля к другим гликолям улучшают свойства последних как селективных растворителей для экстракции ароматических углеводородов из их смесей с парафиновыми и нафтеновыми. Так, показатели процесса экстракции ароматических углеводородов улучшаются, если применяется смесь диэтиленгликоля с дипропиленгликолем. Эта смесь практически не уступает триэтиленгликолю, который является весьма эффективным селектив-ш>1м экстрагентом ароматичен-ких углеводородов. Для этих же целей предложена смесь, содержащая 65% дипропиленгликоля и 35% этиленгликоля.
Непредельные мономерные сульфоны, полученные из диенов, могут быть восстановлены в сульфоланы, некоторые из которых предложены в качестве растворителей для экстракции ароматических углеводородов из смесей их с парафинами и циклопарафинами. Один из таких сульфола-нов был получен из 2-метилпентадиена-1,3.
3.3. Приведите примеры хелатирующих экстрагентов.
Известны четыре типа синергетических комбинаций экстрагентов I) хелатирующий агент — нейтральный сольватирующий агент, при этом между самими экстрагентами почти нет взаимодействия 2) кислый экстрагент — нейтральный экстрагент, между ними происходит сильное взаимодействие и синергетический эффект в этом случае значительно меньше, чем в первом 3) два нейтральных экстрагента, синергетический эффект чрезвычайно низок 4) два хелатирующих экстрагента, при этом образуются смешанные соединения, которые могут экстрагироваться и лучше, и хуже, чем индивидуальные. Улучшение экстракции, как правило, очень незначительное.
Типичным примером является экстракция дитизоната цинка. Раствор соли цинка находится в водной фазе, реагент (дифенилтиокарбазон) в инертном разбавителе (хлороформе) составляет экстрагент. Схема экстракционных равновесий выглядит следующим образом:
4.3. Как коэффициент распределения экстракции связан с извлечением?
Коэффициент распределения D – отношение общей концентрации компонента (если вещество присутствует в различных химических формах) в органической и водной фазах при установившемся равновесии:
D = Сорг/Сводн.
Коэффициент распределения для каждой данной системы при постоянной температуре может изменяться в зависимости от концентрации извлекаемого компонента, а также оставаться практически неизменным в некоторых пределах концентраций.
Когда в органическую фазу могут одновременно экстрагироваться два и более компонента, экстракция будет селективной, если скорости перехода веществ из одной фазы в другую значительно различаются, что обусловлено их разными химическими свойствами. В частности, это может происходить, когда межфазовый переход одного из компонентом лимитируется химическим взаимодействием, а другого – диффузией. Таким образом, экстракцией можно разделять смеси веществ, отличающихся химическими свойствами. Изменяя факторы, влияющие на химические свойства, можно увеличить скорость извлечения одного из компонентов и уменьшить скорость извлечения других, и тем самым, повысить селективность разделения.
Коэффициентом разделения (коэффициентом селективности) – отношение коэффициентов распределения разделяемых веществ:
= D1/D2.
Селективность разделения тем больше, чем больше разница в коэффициентах активности извлекаемых компонентов в соравновесных фазах. Практически применяют экстракционные системы с 2.
Степень извлечения Е – процент извлечения вещества в органическую фазу от общего его количества в обеих фазах. При разных объемах водной и органической фаз
Е = (СоргVорг100)/( СоргVорг +СводнVводн) = D100/( D + Vводн/Vорг),
при одинаковых объемах водной и органической фаз
Е = Сорг100/( Сорг +Сводн) = D100/ (D + 1).
В промышленных условиях экстракцию обычно осуществляют не путем однократного контакта водной и органической фаз, а их противоточным взаимодействием, например при подъеме (всплывании) или опускании диспергированной фазы (капель) во встречном потоке сплошной фазы. Затем из экстракта извлекают целевой компонент, а регенерированный экстракт возвращают в процесс.
5.3. Что такое сольватное число?
Сольватное число выражается числом молей растворителя, приходящихся на 1 моль растворенного вещества.
Высокое сольватное число ( достигающее 4), по-видимому, объясняет большую экстрагируемость хлорной кислоты из ее разбавленных водных растворов. Коэффициент распределения остается значительным, пока органическая
Выдержка из текста
1. 3. Что лежит в основе экстракции? Почему ионы металлов из водной фазы переходят в органическую?
2. 3. Зачем при экстракции используют разбавители?
3. 3. Приведите примеры хелатирующих экстрагентов.
4. 3. Как коэффициент распределения экстракции связан с извлечением?
5. 3. Что такое сольватное число?
6. 3. Можно ли использовать амины для экстракции перренат-иона из растворов с рН=10 и почему?
7. 4. Почему при погружении в воду смола набухает, а при погружении в концентрированный водный раствор — сжимается?
8. 3. Приведите примеры использования экстракции в гидрометаллургии меди.
9. 4. Напишите уравнение гелевой кинетики сорбции и поясните все коэффициенты, входящие в него.
10. 4. Что лежит в основе электродиализа с ионитовыми мембранами? Как соединить ячейки при концентрировании раствора?
11. 5. Какими способами осуществляют кристаллизацию солей из водных растворов?
12. 4. Почему при элюентной хроматографии ион, имеющий меньшее сродство к иониту вымывает из него лучше сорбируемый ион?
13. 5. Что такое политерма растворимости. Приведите пример.
14. 6. Какими металлами-цементаторами можно выделить индий из водного раствора?
15. 6. Приведите примеры использования цементации в промышленности.
Список использованной литературы
мисис